基于Zigbee技术的流量计量监控系统的设计与实现

　　采用专用线传输方式 485 通信网络，存在以下问题:

　　( 1) 布线繁琐、线路依赖性强、安装布设维护成本大，系统投资成本高，不为企业所接受; ( 2) 一些工业环境要求完全把电缆屏蔽起来以防止干扰，或限制和禁止使用电缆。甚至在某些工业现场仍采用人工抄表方式，管网复杂，巡检周期长; 工作单一重复，人为因素导致数据不准确; 数据统计分析不直观，未能实现实时监控、超标报警等功能。通过对 Zigbee 无线通信协议研究发现，Zigbee 适合于低速率、近距离数据传输，对于流量监测数据采集和控制信号的传输非常合适[2 -3]。系统采用工业级标准 Zigbee 无线传输设备，具有高性能、高可靠性及抗干扰能力强等特点，通过无线网络与现场设备连接，满足实时监测的同时降低了系统成本。

　　1 系统总体设计

　　如图1 所示，流量监控系统由监控中心管理系统、Zigbee 无线传输系统、二次仪表和流量计组成。

　　采集过程按照二次仪表的通信协议与其进行通信，获取流量数据。Zigbee 应用中采用基于 USART 接口的无线接设备解决方案，故选用包含 UART 接口设备的二次仪表[4]。设备监控中心通过 RS232 与无线网络协调器连接，发送采集命令并接收流量数据。管道中的流量计输出模拟电压或电流信号给二次仪表，二次仪表实时显示瞬时流量和累积流量，并通过 RS485和终端设备接口 USART 连接。网络协调器选择一个最佳频率信道建立无线网络，终端设备和路由设备自动入网，组成 Zigbee 无线传输系统。终端设备透明传输从协调器接收到的采集命令，并将流量数据通过无线传输系统发送给协调器。

　　2 基于CC2430 的 Zigbee 无线模块

　　2. 1 Zigbee 技术特点

　　Zigbee 是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本的无线网络技术，是一组基于IEEE802 15. 4 无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术[5]。

　　具有如下特点:

　　( 1) 功耗低。在低耗电待机模式下，2 节5 号干电池可支持 1 个节点工作 6 ～24 个月，甚至更长。

　　( 2) 低成本。每块 Zigbee 芯片价格约为2 美元，同时免协议专利费。

　　( 3) 传输速率低。专注于低速率传输，工作在20 ～ 250 kb / s 的较低速率。

　　( 4) 传输范围小。相邻节点距离一般介于10 ～100 m 之间，增加 RF 发射功率后，可增加到1 ～3 km。

　　( 5) 响应快。从睡眠模式切换到工作模式仅需15 ms，节点连接入网只需 30 ms。

　　( 6) 容量大。可采用星型、片状和网状网络结构，最多可组成 65 000 个节点的大网。